基于深井的复合储能系统技术方案

本发明专利技术属于机械储能技术领域，旨在解决现有技术不能实现高效、安全的大容量储能问题，具体涉及一种基于深井的复合储能系统，包括控制系统、深井、重物模块、重力升降装置、变流装置和压缩空气储能装置；重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机；横梁与桁架可移动连接；电动发电机可移动地装设于横梁；压缩空气储能装置包括用于控制深井预设腔室启闭的可移动密封装置和用于进行压缩空气势能与电能变换控制的变换装置；变换装置包括空气压缩机、膨胀机、进气管道、出气管道、进气阀和出气阀，空气压缩机通过进气管道与预设井腔连通；膨胀机通过出气管道与预设井腔连通；本发明专利技术占地极小、储能量大、造价低、安全性高。安全性高。安全性高。

【技术实现步骤摘要】
基于深井的复合储能系统


[0001]本专利技术属于机械储能
，具体涉及一种基于深井的复合储能系统。

技术介绍

[0002]大力发展可再生能源并实现清洁能源变革，是当今能源领域的大趋势。但是可再生能源发电受气候条件的影响大，导致波动性大，且调节能力和惯量支撑能力较差，其大规模并网将影响电网的实时功率平衡和稳定性，从而产生弃风、弃光等现象。储能技术可有效解决时空不匹配和并网稳定性问题，是可再生能源大规模高效开发利用、实现我国能源领域绿色可持续发展战略的重要保障。随着可再生能源越来越多地接入电网，对储能技术提出了迫切的需求。
[0003]近年来，各种储能技术蓬勃发展，抽水储能、压缩空气储能和重力势能储能是重要的物理储能技术，与电池等储能技术相比，具有安全可靠、可规模化、环境友好无污染以及经济性好等优势，而目前发展最成熟的抽水储能受地理条件限制大，对地形和地势依赖严重，且我国可修建抽水储能的地理资源极其有限，选址困难，导致抽水蓄能系统无法广泛应用。
[0004]重力储能具有本征安全、自放电率为零、可规模化、无任何污染等其他储能方式无可比拟的优势，最近国际上有关重力储能的发展很迅速。典型的案例包括：
①
苏格兰Gravitricity公司，基于废弃矿井利用电动绞盘提升废弃钻机的重力储能(详见Science,2021,372 <6541>,446)；该技术方案简单易行，但是仅提升单一重物，地下空间利用率十分有限,导致储能量有限，且可利用的废弃矿井有限、选址缺少灵活性。
②
瑞士Energy Vault公司利用多臂塔吊和混凝土预制块，把混凝土水泥预制块用多臂塔吊交替不停往高空搭积木的方式进行堆叠，从而完成电能和重力的存储和释放；该技术方案虽然储能量大，但是在地面上堆叠很高的混凝土预制块，受风力等天气影响大，且具有倒塌的隐患。
[0005]为了克服现有重力储能方案的不足之处，本专利技术提出基于深井(竖井或者斜井均可)的地下综合储能系统，一方面大幅度提高了重力储能系统的容量和选址灵活性，另一方面实现了资源的综合利用，使得系统的综合效益大大提高。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术不能实现高效、安全的大容量储能，本专利技术的第一方面提供了一种基于深井的复合储能系统，该储能系统包括控制中心、深井系统、重物模块、重力升降装置、变流装置和压缩空气储能装置，所述重力升降装置、所述变流装置均与所述控制中心信号连接；所述压缩空气储能装置用于进行空气压缩储能；
[0007]所述重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机，所述支撑组件设置于地面；所述桁架沿着第一方向设置于所述支撑组件顶部，所述横梁沿着第二方向设置于所述桁架，所述第二方向与所述第一方向水平垂直设置，所述横梁与所述桁架可移动连接；所
述电动发电机可移动地装设于所述横梁；
[0008]所述变流装置的一端与电网连接，另一端与所述电动发电机通讯连接，所述变流装置在电能存储阶段调节所述电动发电机的转速，在释放电能的发电阶段把所述电动发电机的电能回馈至电网；
[0009]所述压缩空气储能装置包括可移动密封装置和变换装置，所述可移动密封装置、所述变换装置均与所述控制中心信号连接；所述可移动密封装置用于控制所述深井系统的预设腔室的启闭；所述变换装置用于进行压缩空气势能与电能的变换控制；
[0010]所述可移动密封装置包括横向巷道、封盖、滑轨和密封环锁，所述横向巷道垂直所述深井系统水平设置于地下；所述封盖、所述滑轨均设置于所述横向巷道；所述滑轨与所述密封环锁的顶端位于同一水平面；所述密封环锁设置于井内预设高度处；所述封盖在所述滑轨上可移动设置，所述封盖与所述密封环锁叠合时锁紧密封所述深井系统的预设井腔；所述封盖与所述密封环锁解锁后沿着所述滑轨水平移动并脱离所述深井系统的井腔内壁；
[0011]所述变换装置包括空气压缩机、膨胀机、进气管道、出气管道、进气阀和出气阀，所述空气压缩机装设于地面并通过所述进气管道与所述深井系统的预设井腔连通；所述膨胀机设置于地面并通过所述出气管道与所述深井系统的预设井腔连通；
[0012]所述进气阀设置于所述进气管道，以控制所述空气压缩机与预设井腔的通断；所述出气阀设置于所述出气管道，以控制所述膨胀机与预设井腔的通断；
[0013]初始状态下，所述控制中心控制所述电动发电机悬吊所述重物模块至所述深井系统的井部，并按照预设空间位置堆叠充满井内腔室；
[0014]处于用电低谷时，所述控制中心控制所述电动发电机提升井内的所述重物模块至井口预设位置，进行重力势能的存储；
[0015]深井腔体内部空置，控制所述封盖移动至所述密封环锁顶部并与所述密封环锁锁紧密封，打开所述进气阀并关闭所述出气阀，通过所述控制中心控制所述空气压缩机，将预设井腔内部的空气压缩至预设压力后，关闭所述进气阀和所述空气压缩机，完成空置的井腔内部压缩空气的势能存储；
[0016]处于用电峰谷时，打开所述出气阀，预设内部的压缩空气通过所述出气管道和所述出气阀驱动所述膨胀机发电，并通过所述变流装置回馈电能至电网。
[0017]在一些优选实施例中，所述深井系统包括垂直深井以及设置于井口周侧的安全巷道，所述安全巷道与所述深井联通设置；
[0018]所述安全巷道为一条或多条平底深槽；
[0019]当所述平底深槽为多条时，多条所述平底深槽呈发射状设置或网格状布置；
[0020]所述井口预设位置为井口周侧地面，或者，所述井口预设位置为所述安全巷道。
[0021]在一些优选实施例中，所述深井系统为废弃的矿井。
[0022]在一些优选实施例中，所述深井系统为预设规模的钻井，所述钻井的口径为D，深度为H，D∈[0.5m，50m]；H∈[10m，1000m]；或者D与H的尺寸也可根据系统需求优选而定。
[0023]在一些优选实施例中，所述重物模块的质量为M，M∈ [0.1t，500t]；或者重量也可根据系统需求优选而定。
[0024]在一些优选实施例中，所述重物模块的尺寸与所述深井系统的口径匹配设置。
[0025]在一些优选实施例中，所述支撑组件包括多个支撑柱，多个所述支撑柱以所述深
井系统的井口为圆心均布设置。
[0026]本专利技术的第二方面提供了一种基于深井的复合储能系统，该系统包括控制中心、深井系统、重物模块、重力升降装置和变流装置，所述重力升降装置、所述变流装置均与所述控制中心信号连接；
[0027]所述重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机，所述支撑组件设置于地面；所述桁架沿着第一方向设置于所述支撑组件顶部，所述横梁沿着第二方向设置于所述桁架，所述第二方向与所述第一方向水平垂直设置，所述横梁与所述桁架可移动连接；所述电动发电机可移动地装设于所述横梁；
[0028]所述变流装置的一端与电网连接，另一端与所述电动发电机通讯连接，所述变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于深井的复合储能系统，其特征在于，该储能系统包括控制中心、深井系统、重物模块、重力升降装置、变流装置和压缩空气储能装置；所述深井系统与地面具有高落差，在放电时将多个所述重物模块逐一下降到井内并垂直堆叠在深井中；该复合储能系统在充电时将重物模块逐一提升至地面后放置在地面上或者安全匝道内，以存储重力势能；多个所述重物模块逐一提升至地面并且完成重力势能存储后，深井的腔体内部通过所述压缩空气储能装置进行空气压缩储能。2.根据权利要求1所述的基于深井的复合储能系统，其特征在于，所述重力升降装置、所述变流装置均与所述控制中心信号连接；所述压缩空气储能装置用于进行空气压缩储能；所述重力升降装置包括支撑组件、桁架、横梁和电动发电机，所述支撑组件设置于地面；所述桁架沿着第一方向设置于所述支撑组件顶部，所述横梁沿着第二方向设置于所述桁架，所述第二方向与所述第一方向水平垂直设置，所述横梁与所述桁架可移动连接；所述电动发电机可移动地装设于所述横梁；所述变流装置的一端与电网连接，另一端与所述电动发电机通讯连接，所述变流装置在电能存储阶段调节所述电动发电机的转速，在释放电能的发电阶段把所述电动发电机的电能回馈至电网；所述压缩空气储能装置包括可移动密封装置和变换装置，所述可移动密封装置、所述变换装置均与所述控制中心信号连接；所述可移动密封装置用于控制所述深井系统的预设腔室的启闭；所述变换装置用于进行压缩空气势能与电能的变换控制；所述可移动密封装置包括横向巷道、封盖、滑轨和密封环锁，所述横向巷道垂直所述深井系统水平设置于地下；所述封盖、所述滑轨均设置于所述横向巷道；所述滑轨与所述密封环锁的顶端位于同一水平面；所述密封环锁设置于井内预设高度处；所述封盖在所述滑轨上可移动设置，所述封盖与所述密封环锁叠合时锁紧密封所述深井系统的预设井腔；所述封盖与所述密封环锁解锁后沿着所述滑轨水平移动并脱离所述深井系统的井腔内壁；所述变换装置包括空气压缩机、膨胀机、进气管道、出气管道、进气阀和出气阀，所述空气压缩机装设于地面并通过所述进气管道与所述深井系统的预设井腔连通；所述膨胀机设置于地面并通过所述出气管道与所述深井系统的预设井腔连通；所述进气阀设置于所述进气管道，以控制所述空气压缩机与预设井腔的通断；所述出气阀设置于所述出气管道，以控制所述膨胀机与预设井腔的通断；初始状态下，所述控制中心控制所述电动发电机悬吊所述重物模块至所述深井系统的井内，并按照预设空间位置堆叠在井中；处于用电低谷时，所述控制中心控制所述电动发电机提升井内堆叠的所述重物模块至井口预设位置，进行重力势能的存储；所述控制中心控制所述压缩空气储能装置进行空气压缩储能；深井腔体内部空置，控制所述封盖移动至所述密封环锁顶部并与所述密封环锁锁紧密封，打开所述进气阀并关闭所述出气阀，通过所述控制中心控制所述空气压缩机，将预设井腔内部的空气压缩至预设压力后，关闭所述进气阀和所述空气压缩机，完成空...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖立业，张京业，邱清泉，聂子攀，王粟，唐文冰，郭文勇，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：